2 Сырье и его подготовка
Сырьевые материалы, применяемые в различных отраслях промышленности, чаще всего представляют собой полиминеральные смеси, которые называют породами рудой и содержат в природном виде примеси различных минералов, затрудняющих их использование в производстве без предварительной обработки.
Обработка природного сырья для удаления нежелательных минеральных примесей и повышение количества основного полезного минерала носит название обогащения. В процессе обогащения могут происходить разделение и выделение минералов, каждый из которых в чистом виде пригоден для использования в производстве. В некоторых случаях обогащение предусматривает удаление примесей, ухудшающих свойства сырья и его качество в целом, без учета дальнейшего их использования (т.н. пустая порода). Использование примесей, практическая их полезность определяется наличием соответствующих технологий, например, при обогащении апатито-нефелиновых руд получают апатитовый концентрат, широко используемый в химической промышленности, и нефелин, используемый в керамической промышленности.
В производстве чугуна основным видом сырья служат железные руды, которые представляют горные породы, содержащие главным образом соединения железа с кислородом, и пустые породы, состоящие из кремнезема (SiO2), глинозема (Al2О3), оксидов кальция и магния и др. Однако, железные руды (магнитный железняк, красный железняк, бурый железняк) кроме основного компонента могут содержать никель, ванадий, кобальт и другие элементы. При значительном содержании указанных элементов экономически целесообразно их попутное извлечение с целью дальнейшего использования.
Основные методы обогащения:
- гравитационный метод разделения зерен минералов по крупности и массе в водной либо воздушной среде за счет разности скоростей оседания частиц разного размера и массы.
В зависимости от среды различают воздушную и гидравлическую классификацию;
- флотация – процесс разделения минералов, основанный на различии свойств их поверхности, обуславливающих избирательную гидрофобилизацию под воздействием специальных реагентов;
- Магнитная и электрическая сепарация - процесс разделения минералов по их электрическим или магнитным свойствам.
Кроме основных методов обогащения применяются комбинированные (например, электрофлотация) либо специальные методы, с помощью которых удаляют отдельные компоненты путем перевода их в растворимую или летучую форму (химическое обогащение), а также ультразвуковое обогащение.
В основу процесса обогащения положены физико-химические, химические и физические процессы: коагуляция, пептизация, водная и воздушная сепарация, флотация, электромагнитная и магнитная сепарация и др.
Процесс обогащения минерального сырья в общем случае состоит из следующих стадий:
получение частиц обогащаемого материала
подготовка частиц к разделению
создание градиента свойств различных минералов
отделение и отбор продуктов обогащения
Получение частиц обогащаемого материала достигается процессами измельчения (дробления, помола), классификацией (разделением) по крупности, селективным агрегатированием тонких частиц.
Подготовка частиц к разделению включает обработку химическими реагентами, промывку, электростатическую зарядку поверхности, термическую обработку, химическое разложение или перевод в растворимую форму.
Создание градиента свойств достигается образованием фаз (добавлением жидкости, газа и т.д.) и межфазных границ, наложением силового поля, применением различных скоростей перемещения, комбинированными методами.
Отбор продуктов обогащения должен обеспечивать чистоту полученной обогащенной части породы при соблюдении непрерывности процесса.
Эффективность отделения примесей от основного полезного продукта называют обогатимостью. Ее определяют по изменению минералогического, химического или гранулометрического состава обогащаемой породы.
Экономическими показателями эффективности обогащения являются выход концентрата, степень извлечения и степень обогащения.
Выход концентрата
(
к)
определяется как отношение количества
полученного концентрата (Gп.к.)
к количеству, используемой при обогащении
руды (Gр),
выраженное в процентах:
Руда
Примечание: так как обогащенный продукт имеет более высокое содержание основного компонента по сравнению с исходной рудой, его называют концентратом.
Степень извлечения
(
)
определяется как отношение количества
извлеченного полезного элемента в
концентрате (Gэ.к.)к
его количеству в исходной руде (Gэ.р.)
в процентах.
=
В качестве извлеченного элемента могут быть чистые элементы (Fe, Al, Cu и др.), а также сложные минеральные фазы (Al2O3, KCl, глинистые минералы, полевые шпаты и др.).
Степень обогащения (степень концентрации) выражается отношением процентного содержания (массовой доли) элемента в концентрате к процентному содержанию (массовой доли) его в исходной руде.
n=
(раз)
Если выразить приведенное уравнение через весовые содержания компонентов, то степень обогащения будет равна
n=
(% э.к.=
•100 %э.р.=
•100
n
=
Следует иметь в
виду, что чем более высокие значения
имеют
и n,
тем эффективнее проведено обогащение,
но и как правило, выше стоимость процесса.
Чем выше относительное содержание
целевого компонента в исходной породе
и меньше присутствие других примесей,
тем ценнее порода для использования.
Обогащение, обычно осуществляют на предприятиях, которые добывают породу; предприятиям-потребителям поступает готовый продукт. Однако, на некоторых производствах полученное сырье обогащают дополнительно различными методами.
Пример 1.
При обогащении 18 т. железной руды, содержащей 71 % гематита (Fe2O3) получено 12,5 т. концентрата. Определить степень извлечения, выход концентрата и степень обогащения, если содержание гематита в концентрате составило 82%.
Дано:
Gp = 18 т.
Wэ.р = 71%
Gn.k = 12, 5 т.
Wэ.k = 82%
=
?,
= ?, n
= ?
Решение
-
Выход концентрата равен:
=
2. Степень извлечения равна:
=
3. Степень обогащения равна:
n
=
(р)
n
=
=
(р)
Пример 2
При двойном обогащении 6 т. бокситовой руды с содержанием целевого продукта 52 % получено при первом обогащении 2,5 т. концентрата с содержанием 62 % целевого продукта и при повторном обогащении 1,5 т. концентрата с содержанием целевого продукта 74 %. Определить эффективность обогащения на каждом этапе.
Дано:
Gp =6 т..
Gn.k 1 = 2,5 т
Gn.k 2 = 1,5 т.
W э.р = 52%
W э.к1= 62 %
W э.к2= 74%
к1=
?,
к2=
?,
0=
?,
1
= ?,
2
= ?,
0
= ?,
Решение
1) Выход концентрата равен:
=
(%)
а) по результатам первой ступени обогащения:
к1
=
б)
по результатам второй ступени обогащения:
к2
=
в) суммарный выход концентрата:
к0=
2) Степень извлечения:
=
=
(%)
а) по результатам первой ступени обогащения:
1=
б) по результатам второй ступени обогащения:
2=
в) суммарная степень извлечения:
0=
3) Степень обогащения:
n
=
(раз)
а) по результатам первой ступени обогащения:
n1
=
= 1,19 (раз)
б)
по результатам второй ступени обогащения:
n2
=
=
1,19 (раз)
в) суммарная степень обогащения:
n0
=
=1,42
(раз)
Пример 3
В результате обогащения хромита для производства огнеупоров получено 1,2 т. хромитового концентрата с выходом концентратат28%. Степень извлечение оксида хрома из хромита равна 62%, содержание оксида хрома в концентрате равно 540 кг. Определить количество обогащаемого хромита, содержание оксида хрома в хромите и степень обогащения.
Дано:
Gn.k = 1,2 т
к=28
%
= 62%
Gэk = 540 кг
Gр = ?
n = ?
Wp = ?
Решение
1. Степень обогащения:
n
=
2. Количество обогащаемого хромита определяется, используя данные выхода концентрата:
=
Gp
=
-
Содержание оксида хрома в хромите определяется используя данные степени извлечения:
=
Gэр= Gр ·Wp
=
Wp
=
=
(масс. доля)
Или
Gэр
=
=
817 (кг)
Wp
=
Пример 4
Определить количество флотируемой полевошпатовой руды, степень обогащения и процентное содержание целевого компонента в руде, если выход концентрата равен 21,5%, а концентрата получено 975 кг. Степень извлечения целевого компонента из руды 78 %, а в концентрате содержится 82 % целевого компонента.
Дано:
Gn.k = 975 кг
к=
21,5 (%0
= 78 %
W к = 82%
Gp - ?
W р= ?
n- ?
Решение
-
Количество флотируемой полевошпатовой руды:
=
(%)
Gp
=
(кг)
2. Степень обогащения:
n
=
=
3.Содержание целевого продукта в руде:
=
(%)
Gэк=Gk ·W к = 975·0.82= 799,5 (кг)
Gэр=
(кг)
Wр
=
